1、17.2 7.2 硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术2硬件抗干扰的常用措施硬件抗干扰的常用措施 1 1、接地技术、接地技术 2 2、屏蔽技术、屏蔽技术 3 3、长线传输的干扰及抑制、长线传输的干扰及抑制 4 4、共模干扰的抑制、共模干扰的抑制 5 5、差模干扰的抑制、差模干扰的抑制 6 6、供电系统抗干扰、供电系统抗干扰 7 7、印刷电路板抗干扰、印刷电路板抗干扰NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术3一、接地技术一、接地技术 1 1、接地的基本概念、接地的基本概念 2 2、接地环路与共模干扰、接地环路与共模干扰 3 3、系统接地设计
2、、系统接地设计 NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术4(一一)接地的基本概念接地的基本概念地：地：电路或系统中，为各信号提供参考电位的电路或系统中，为各信号提供参考电位的等电等电位点位点或或等电位面等电位面。接地：接地：将某点与一个等电位点或等电位面之间用将某点与一个等电位点或等电位面之间用低电低电阻导体阻导体连接起来，构成基准电位。连接起来，构成基准电位。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术51 1、测控系统中的地线种类、测控系统中的地线种类 1)1)信号地信号地 检测系统中，原始信号是用传感器从被测对象检测系统中，原始信号是用传感器从被测对象获取的，信号地指
3、获取的，信号地指传感器本身的零电位基准线传感器本身的零电位基准线。2)2)模拟地模拟地 模拟信号的参考点，所有电路的模拟地最终都模拟信号的参考点，所有电路的模拟地最终都与与供给模拟电路电流的直流电源的参考点供给模拟电路电流的直流电源的参考点连接。连接。3)3)数字地数字地 数字信号的参考点，所有电路的数字地最终都数字信号的参考点，所有电路的数字地最终都与与供给数字电路电流的直流电源的参考点供给数字电路电流的直流电源的参考点相连。相连。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术64)4)负载地负载地 指指大功率负载大功率负载或或感性负载感性负载的地线。的地线。当大功率负载被切换时，地电
4、流中会出现很大当大功率负载被切换时，地电流中会出现很大的的瞬态分量瞬态分量，对低电平的模拟电路乃至数字电路都，对低电平的模拟电路乃至数字电路都会产生严重干扰，这类负载的地线称为会产生严重干扰，这类负载的地线称为噪声地噪声地。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术75)5)系统地系统地 为为避免地线公共阻抗的耦合干扰避免地线公共阻抗的耦合干扰，模拟地、数，模拟地、数字地、负载地应严格分开，最后汇合在一点，该点字地、负载地应严格分开，最后汇合在一点，该点称为系统地，为整个系统的统一参考电位。称为系统地，为整个系统的统一参考电位。系统或设备的机壳上的某一点通常与系统地相系统或设备的机壳
5、上的某一点通常与系统地相连接，供给系统各个环节的直流稳压或非稳压电源连接，供给系统各个环节的直流稳压或非稳压电源的参考点也都在系统地上。的参考点也都在系统地上。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术82 2、共地和浮地、共地和浮地 浮地系统：浮地系统：1 1）系统地与大地绝缘的系统。系统地与大地绝缘的系统。2 2）系统地不一定是零电位，系统地不一定是零电位，仅为仅为系统的等电系统的等电位点位点。共地系统共地系统 1 1）系统地与大地相连的系统。系统地与大地相连的系统。2 2）系统地与大地电位相同系统地与大地电位相同。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术9绝对零电位
6、：绝对零电位：地球电位作为绝对基准电位地球电位作为绝对基准电位也也即即绝对零电位。绝对零电位。绝对零电位常用连接方法：绝对零电位常用连接方法：地下埋设铜板或插入金属棒等作为连接大地的地下埋设铜板或插入金属棒等作为连接大地的地线。地线。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术10常用系统的接地设计常用系统的接地设计共地系统：共地系统：1 1）采用共地系统，有利于采用共地系统，有利于信号线的屏蔽处理信号线的屏蔽处理(抑制干扰抑制干扰)；2 2）机壳接地可免除操作人员的触电危险；机壳接地可免除操作人员的触电危险；浮地系统：浮地系统：优点：优点：对地电阻较大，对地分布电容较小，外对地电阻较
7、大，对地分布电容较小，外部共模干扰引起的干扰电流较小。部共模干扰引起的干扰电流较小。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术11实现方式：实现方式：1 1）机壳与大地完全绝缘：机壳与大地完全绝缘：机壳较大时，机壳与大地间分布电容和有限的机壳较大时，机壳与大地间分布电容和有限的漏电阻使系统地与大地间的可靠绝缘非常困难。漏电阻使系统地与大地间的可靠绝缘非常困难。2 2）系统地不接机壳：系统地不接机壳：后果：后果：贴地布线的原则贴地布线的原则(系统内部的信号传输系统内部的信号传输线、电源线和地线应贴近接地的机柜排列，机柜可线、电源线和地线应贴近接地的机柜排列，机柜可起到屏蔽作用起到屏蔽作
8、用)难以实施难以实施。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术12共地系统中有接地注意点共地系统中有接地注意点-可靠接地可靠接地 1 1）系统地不能连接到交流电源的零线上系统地不能连接到交流电源的零线上；2 2）系统地不能连到大功率设备安全地线系统地不能连到大功率设备安全地线上；上；交流电源及大功率设备地与大地间存在着随机交流电源及大功率设备地与大地间存在着随机变化的电位差，幅值变化范围从几十变化的电位差，幅值变化范围从几十mVmV至几十至几十V V。3 3）共地系统必须另设接地线共地系统必须另设接地线；4 4）为防止大功率交流电源地电流对系统地的干为防止大功率交流电源地电流对系统
9、地的干扰，系统地的接地点和交流电源接地点间的最小距扰，系统地的接地点和交流电源接地点间的最小距离不应少于离不应少于800 m800 m，所用的接地棒按常规的接地工艺所用的接地棒按常规的接地工艺深埋，且与电力线垂直。深埋，且与电力线垂直。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术133 3、接地方式、接地方式 1)1)串联单点接地串联单点接地 2)2)并联单点接地并联单点接地 3)3)多点接地多点接地NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术14串联单点接地串联单点接地 方式：方式：两个或两个以上的电路共用一段地线两个或两个以上的电路共用一段地线 1 1）R R1 1、R R
10、2 2和和R R3 3是各地线等效电阻；是各地线等效电阻；2 2）I I1 1、I I2 2和和I I3 3是电路是电路1 1、2 2和和3 3的入地电流。的入地电流。3 3）地电流在地线等效电阻上产生压降，三个电地电流在地线等效电阻上产生压降，三个电路与地线的连接点的对地电位具有不同的数值：路与地线的连接点的对地电位具有不同的数值：V VA A =(I=(I1 1 +I I2 2 +I I3 3)R)R1 1 V VB B=V=VA A +(I+(I2 2 +I I3 3)R)R2 2 V VC C=V=VB B +I+I3 3R R3 3 NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技
11、术15串联单点接地的特点串联单点接地的特点 1 1）电路的电路的地电位受其他电路地电流变化的调地电位受其他电路地电流变化的调制制，电路的输出信号受到干扰；，电路的输出信号受到干扰；2 2）干扰由地线公共阻抗耦合作用产生的；干扰由地线公共阻抗耦合作用产生的；3 3）离接地点越远，电路中出现噪声干扰越大；离接地点越远，电路中出现噪声干扰越大；4 4）串联接地方式布线最简单，费用最省串联接地方式布线最简单，费用最省。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术16串联单点接地方式的适用电路：串联单点接地方式的适用电路：地电流较小地电流较小且且相差不太大相差不太大的电路。的电路。抗干扰措施：抗
12、干扰措施：为使干扰最小，把电平最低的电路安置在离接为使干扰最小，把电平最低的电路安置在离接地点地点(系统地系统地)最近的地方与地线相接。最近的地方与地线相接。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术17并联单点接地并联单点接地 各电路的地线只在一点各电路的地线只在一点(系统地系统地)汇合汇合，如图：，如图：NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术18并联单点接地的特点并联单点接地的特点 1 1）电路的对地电位只与本电路的地电流和地线电路的对地电位只与本电路的地电流和地线阻抗有关阻抗有关，因而没有公共阻抗耦合噪声；，因而没有公共阻抗耦合噪声；2 2）地线太多地线太多，复杂
13、的系统这一矛盾更突出；，复杂的系统这一矛盾更突出；NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术19 3 3）不能用于高频信号系统不能用于高频信号系统。a a、地线一般较长，高频情况下，地线的等效电、地线一般较长，高频情况下，地线的等效电感和各地线之间杂散电容耦合的影响不容忽视；感和各地线之间杂散电容耦合的影响不容忽视；b b、地线的长度等于信号波长的奇数倍时，地线、地线的长度等于信号波长的奇数倍时，地线呈极高阻抗，变成一个呈极高阻抗，变成一个发射天线发射天线，对邻近电路产生，对邻近电路产生严重的辐射干扰；严重的辐射干扰；c c、应把地线长度控制在、应把地线长度控制在1/201/20信号
14、波长之内。信号波长之内。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术20多点接地方式多点接地方式 1 1）各电路或元件的地线以各电路或元件的地线以最短的距离就近连到地线汇流最短的距离就近连到地线汇流排排(通常是金属底板通常是金属底板)上；上；2 2）地线很短地线很短(小于小于25 mm)25 mm)，底板表面镀银，所以阻抗都很小；底板表面镀银，所以阻抗都很小；3 3）不能用在低频系统中不能用在低频系统中。各电路的地电流流过地线汇流排的电阻会产生公各电路的地电流流过地线汇流排的电阻会产生公共阻抗耦合噪声。共阻抗耦合噪声。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术21接地方式的选
15、用接地方式的选用 1 1）信号频率低于信号频率低于1MHz1MHz时，采用单点接地方式；时，采用单点接地方式；2 2）信号频率高于信号频率高于10MHz10MHz时，采用多点接地；时，采用多点接地；3 3）频率处于频率处于1-10MHz1-10MHz之间的系统；之间的系统；a a、采用单点接地方式：地线长度应小于信号波采用单点接地方式：地线长度应小于信号波长的长的1 12020。b b、如不满足这一要求，应采用多点接地。如不满足这一要求，应采用多点接地。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术22低频系统接地方式低频系统接地方式要求：要求：1 1）串联和并联相结合的单点接地方式；串
16、联和并联相结合的单点接地方式；2 2）兼顾抑制公共阻抗耦合噪声；兼顾抑制公共阻抗耦合噪声；3 3）系统布线不过于复杂。系统布线不过于复杂。方式：方式：1 1）系统所有地线根据电流变化性质分若干组；系统所有地线根据电流变化性质分若干组；2 2）性质相近的电路共用一根地线性质相近的电路共用一根地线(串联接地串联接地)；3 3）将各组地线汇集于系统地上将各组地线汇集于系统地上(并联接地并联接地)。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术23(二二)、系统接地设计、系统接地设计基本要求：基本要求：1 1）消除消除电流经公共地线阻抗产生的噪声电压电流经公共地线阻抗产生的噪声电压；2 2）避免
17、形成接地环路，引进共模干扰；避免形成接地环路，引进共模干扰；电路中地线特点：电路中地线特点：1 1）系统中具有多种地线；系统中具有多种地线；2 2）各）各环节与系统中一种或几种地线发生联系环节与系统中一种或几种地线发生联系。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术24地线处理的基本原则地线处理的基本原则 1 1）尽量避免或减少由接地所引起的各种干扰，尽量避免或减少由接地所引起的各种干扰，2 2）便于布线；便于布线；3 3）节省成本。节省成本。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术25系统接地设计的主内容系统接地设计的主内容 1 1）输入信号传输线屏蔽接地点的选择）输入
18、信号传输线屏蔽接地点的选择 2 2）电源变压器静电屏蔽层的接地）电源变压器静电屏蔽层的接地 3 3）直流电源接地点的选择）直流电源接地点的选择 4 4）印刷电路板的地线布局）印刷电路板的地线布局 5 5）机柜地线的布局）机柜地线的布局 NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术261 1、直流电源接地点的选择、直流电源接地点的选择系统电源的特点：系统电源的特点：1 1）具有多种直流电源，有供给模拟电路工作用具有多种直流电源，有供给模拟电路工作用的和供给数字电路工作用的电源，都是稳压电源；的和供给数字电路工作用的电源，都是稳压电源；2 2）可能存在非稳压直流电源，供显示、控制等可能存在
19、非稳压直流电源，供显示、控制等用；用；3 3）不同性质的电源地线不能任意互连，应分别不同性质的电源地线不能任意互连，应分别汇集于一点，再与系统地相接。汇集于一点，再与系统地相接。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术272 2、印刷电路板的地线布局、印刷电路板的地线布局 常用印刷电路板的特点：常用印刷电路板的特点：1 1）包含模拟电源和数字电源，即包含模拟地、包含模拟电源和数字电源，即包含模拟地、数字地；数字地；2 2）一般的，一个系统中不可能为单一地信号。一般的，一个系统中不可能为单一地信号。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术28地线处理原则地线处理原则1 1
20、）模拟地和数字地分别设置；模拟地和数字地分别设置；通过不同的引脚各元器件的模拟地和数字地分通过不同的引脚各元器件的模拟地和数字地分别连到电路板上的模拟地线和数字地线。别连到电路板上的模拟地线和数字地线。2 2）减小地线电阻；减小地线电阻；选用较宽的地线选用较宽的地线（支线宽度通常不小于支线宽度通常不小于2-3mm2-3mm，干线宽度不小于干线宽度不小于8-10 mm)8-10 mm)；不能随意增大地线面积，避免增大电路和地线不能随意增大地线面积，避免增大电路和地线之间的寄生电容。之间的寄生电容。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术293 3）采用地线隔离信号之间的耦合；采用地线
21、隔离信号之间的耦合；a a、模拟地线可隔离输入模拟信号间及输出和输、模拟地线可隔离输入模拟信号间及输出和输入信号间的耦合；入信号间的耦合；b b、在需要隔离的两信号线之间增设模拟地线；、在需要隔离的两信号线之间增设模拟地线；c c、数字信号可用数字地线进行隔离。、数字信号可用数字地线进行隔离。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术30二、屏蔽技术二、屏蔽技术屏蔽前提：屏蔽前提：1 1）仪表或系统的工作现场存在强电设备；仪表或系统的工作现场存在强电设备；2 2）强电设备的磁力线或电力线干扰仪表或系统强电设备的磁力线或电力线干扰仪表或系统的正常工作。的正常工作。屏蔽措施：屏蔽措施：采
22、用采用低电阻的导电材料低电阻的导电材料或或高导磁率的铁磁材料高导磁率的铁磁材料制成容器，对易受干扰的部分实行屏蔽，制成容器，对易受干扰的部分实行屏蔽，阻断或抑阻断或抑制各种场干扰制各种场干扰。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术31(一一)、屏蔽的类型和原理、屏蔽的类型和原理屏蔽的类型：屏蔽的类型：1 1）静电屏蔽静电屏蔽 2 2）电磁屏蔽电磁屏蔽 3 3）磁屏蔽磁屏蔽NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术321 1、静电屏蔽、静电屏蔽静电屏蔽的原理：静电屏蔽的原理：1 1）静电场作用下，如果空心导体腔内没有净电静电场作用下，如果空心导体腔内没有净电荷，导体内和空
23、腔内任何一点处的场强都等于零，荷，导体内和空腔内任何一点处的场强都等于零，剩余电荷只能分布在外表面。剩余电荷只能分布在外表面。2 2）把某一物体放入空心导体的空腔内，该物体把某一物体放入空心导体的空腔内，该物体就不受任何外电场的影响。就不受任何外电场的影响。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术33静电屏蔽作用静电屏蔽作用 1 1）在空心导体在空心导体(金属盒金属盒)B)B的的空腔内放有一个带电体空腔内放有一个带电体A A：2 2）由于静电感应，金属盒由于静电感应，金属盒B B的内外表面分别出现等量异号的的内外表面分别出现等量异号的感应电荷；感应电荷；3 3）B B外表面电荷产生
24、的电场对外界产生影响外表面电荷产生的电场对外界产生影响：NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术34 4 4）将金属盒将金属盒B B接地，则外表面的感应电荷将因接地，则外表面的感应电荷将因接地而消失，相应的电场也随之消失；接地而消失，相应的电场也随之消失；5 5）可消除金属盒内带电体对盒外的影响。可消除金属盒内带电体对盒外的影响。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术35静电屏蔽的效果及措施静电屏蔽的效果及措施静电屏蔽的效果：静电屏蔽的效果：1 1）用金属屏蔽盒罩住被干扰的电路，且将金属用金属屏蔽盒罩住被干扰的电路，且将金属盒接地，可消除外部的静电干扰；盒接地，可消除
25、外部的静电干扰；2 2）用金属盒罩住干扰源，且将金属盒接地，则用金属盒罩住干扰源，且将金属盒接地，则可抑制干扰源对外部的干扰。可抑制干扰源对外部的干扰。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术36静电屏蔽的措施：静电屏蔽的措施：1 1）为达到较好的静电屏蔽效果，选用为达到较好的静电屏蔽效果，选用低电阻材低电阻材料料作屏蔽盒，以铜或铝为佳；作屏蔽盒，以铜或铝为佳；2 2）屏蔽盒应有良好的接地；屏蔽盒应有良好的接地；3 3）伸出屏蔽盒以外的导线越短越好。伸出屏蔽盒以外的导线越短越好。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术372 2、电磁屏蔽、电磁屏蔽 电磁屏蔽的目的：电磁
26、屏蔽的目的：抑制高频电磁场的干扰。抑制高频电磁场的干扰。电磁干扰的产生：电磁干扰的产生：导体上通过高频变化电流时，周围空间产生相导体上通过高频变化电流时，周围空间产生相应变化的电磁场，变化的电磁场可在邻近的电路应变化的电磁场，变化的电磁场可在邻近的电路引引起电磁感应起电磁感应，又向外，又向外辐射辐射，干扰周围电路。，干扰周围电路。电磁干扰的特点：电磁干扰的特点：1 1）电磁场变化的频率越高，辐射越强；电磁场变化的频率越高，辐射越强；2 2）电磁场屏蔽中，包括电磁场屏蔽中，包括电磁感应的屏蔽电磁感应的屏蔽，及，及辐辐射干扰的屏蔽射干扰的屏蔽。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术3
27、8电磁干扰的消除电磁干扰的消除措施：措施：1 1）环绕导体加一个与导体中电流方向相反的变环绕导体加一个与导体中电流方向相反的变化电流，该电流产生的磁场与导体中电流产生的磁化电流，该电流产生的磁场与导体中电流产生的磁场方向相反，产生抵消作用，减弱对外界的干扰；场方向相反，产生抵消作用，减弱对外界的干扰；2 2）反方向的电流由导体的接地屏蔽罩来产生；反方向的电流由导体的接地屏蔽罩来产生；3 3）高频电磁场在导电性能良好的金属导体内产高频电磁场在导电性能良好的金属导体内产生涡流，涡流的磁场与原磁场方向相反，抵消高频生涡流，涡流的磁场与原磁场方向相反，抵消高频干扰磁场，达到电磁屏蔽的目的。干扰磁场，达
28、到电磁屏蔽的目的。4 4）因为屏蔽罩接地，所以也可实现电场屏蔽。因为屏蔽罩接地，所以也可实现电场屏蔽。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术39电磁屏蔽的效果电磁屏蔽的效果 1 1）屏蔽罩的厚度对屏蔽效果影响不大；屏蔽罩的厚度对屏蔽效果影响不大；2 2）屏蔽罩是否连续及网孔大小，直接影响到涡屏蔽罩是否连续及网孔大小，直接影响到涡流的大小，影响屏蔽的效果；流的大小，影响屏蔽的效果；3 3）屏蔽越严密，屏蔽效果越好；屏蔽越严密，屏蔽效果越好；4 4）电磁屏蔽的材料应选用低内阻的金属材料，电磁屏蔽的材料应选用低内阻的金属材料，例如铜、铝或镀银铜板等。例如铜、铝或镀银铜板等。NUST自动
29、化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术403 3、磁屏蔽、磁屏蔽磁屏蔽的适用范围：磁屏蔽的适用范围：防止低频磁场干扰。防止低频磁场干扰。(电磁屏蔽不适用在低频磁电磁屏蔽不适用在低频磁场干扰场合场干扰场合)屏蔽的方式：屏蔽的方式：利用高导磁材料制成屏蔽罩，使低频磁场干扰利用高导磁材料制成屏蔽罩，使低频磁场干扰的磁力线大部分在屏蔽罩内构成回路，泄漏到屏蔽的磁力线大部分在屏蔽罩内构成回路，泄漏到屏蔽罩外干扰磁通很少，达到抑制低频磁场干扰目的。罩外干扰磁通很少，达到抑制低频磁场干扰目的。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术41三、长线传输的干扰及抑制三、长线传输的干扰及抑制长线传输干
30、扰的产生：长线传输干扰的产生：测控系统中，当被测对象与测控系统测控系统中，当被测对象与测控系统相距较远相距较远时时（几十米或更长几十米或更长），产生较大的干扰。，产生较大的干扰。长线干扰的主要类型：长线干扰的主要类型：1 1）长线感应干扰长线感应干扰 2 2）反射干扰反射干扰 NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术42(一一)长线感应干扰及抑制长线感应干扰及抑制长线感应干扰的产生：长线感应干扰的产生：干扰源通过干扰源通过电磁电磁或或静电耦合静电耦合在在传感器信号线上传感器信号线上产生干扰信号。产生干扰信号。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术43长线感应干扰的特点
31、长线感应干扰的特点 1 1）传感器信号线过长，干扰源在信号线上产生传感器信号线过长，干扰源在信号线上产生的感应电压较大；的感应电压较大；2 2）输电线与信号线平行敷设时，信号线上的电输电线与信号线平行敷设时，信号线上的电磁感应电压和静电感应电压分别可达磁感应电压和静电感应电压分别可达mVmV级级(传感器传感器的的有效信号电压一般为几十有效信号电压一般为几十mVmV甚至小于干扰电压甚至小于干扰电压)；3 3）信号地与系统地间的电位差信号地与系统地间的电位差(地电压地电压Um)Um)可达可达几几V V至十几至十几V V甚至更大。甚至更大。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术44 单
32、线传输单线传输特点特点 1 1）感应干扰电压感应干扰电压UnUn和地和地电压电压U Um m与被测信号与被测信号U Us s串联，形串联，形成成差模干扰差模干扰电压：电压：r rs s、r rm m、r r、R R为为信号源内阻信号源内阻、两地间地电阻两地间地电阻、传输线电阻传输线电阻和和系统输入电阻系统输入电阻，r rm m r r r rs s RR：U UNnNnU Un n，U UNmNmU Um m 2 2）地电压和感应干扰电压地电压和感应干扰电压无抑制成为对干扰电无抑制成为对干扰电压压，使，使信号电压被干扰电压淹没信号电压被干扰电压淹没。RrrrRUUmsnNnRrrrRUUmsm
33、NmNUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术45 双线传输抑制方式双线传输抑制方式增设一条增设一条同样长度的传输线同样长度的传输线。1 1）两传输线上的感应干扰两传输线上的感应干扰电压相等即电压相等即U Un1n1U Un2n2U Un n；2 2）r rm m r r r rs s R R，感应干扰电压感应干扰电压U Un n和地电压和地电压U Um m形成的差模干扰电压分别为：形成的差模干扰电压分别为：0)1()1(RrrrRrrRRrrrRRrrUUsmmmsmnNnmsmNmURrrRrRRUU)(NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术46平衡传输的特点平衡传
34、输的特点 1 1）双线传输；双线传输；2 2）两传输线处于完全相同的条件两传输线处于完全相同的条件；3 3）产生的感应干扰电压完全相同；产生的感应干扰电压完全相同；4 4）两传输线内阻、对地分布电容、漏电阻相同两传输线内阻、对地分布电容、漏电阻相同 5 5）差模干扰变成纯共模电压差模干扰变成纯共模电压。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术47平衡传输的实现特点：平衡传输的实现特点：1 1）采用双绞线；采用双绞线；2 2）双绞线的双线绞合较紧，各方面处于基本相双绞线的双线绞合较紧，各方面处于基本相同的条件，平衡特性好；同的条件，平衡特性好；3 3）双绞线对电感耦合噪声有很好的抑制
35、作用双绞线对电感耦合噪声有很好的抑制作用。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术48双线传输的适用特点双线传输的适用特点 传输信号的形式不同传输信号的形式不同，抗干扰效果不一样。，抗干扰效果不一样。1 1）数字信号抗干扰能力优于模拟信号，数字信数字信号抗干扰能力优于模拟信号，数字信号传输优于模拟信号传输；号传输优于模拟信号传输；2 2）频率信号是准数字信号，适于应用双绞线远频率信号是准数字信号，适于应用双绞线远距离传输；距离传输；3 3）电流传输代替电压传输电流传输代替电压传输，可获得较好的抗干，可获得较好的抗干扰能力。扰能力。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术
36、49电流传输的特点：电流传输的特点：1)1)不受传输线不受传输线压降压降、接触电阻接触电阻、寄生热电偶寄生热电偶和和接触电势接触电势的影响；的影响；2)2)不受不受各种电压性噪声各种电压性噪声的干扰。的干扰。例：例：过程控制中，采用电压过程控制中，采用电压/电流转换器产生电流转换器产生4-20mA4-20mA的电流信号，在接收端用一个精密电阻或电的电流信号，在接收端用一个精密电阻或电流流/电压转换器转换成电压信号。电压转换器转换成电压信号。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术50四、共模干扰的抑制四、共模干扰的抑制 途径：途径：1 1）减少共模电压减少共模电压U Ucmcm；2
37、 2）减少共模增益减少共模增益K KC C或提高共模抑制比或提高共模抑制比CMRRCMRR。主要方法：主要方法：1 1、接地及屏蔽、接地及屏蔽(减少共模电压减少共模电压)2 2、隔离技术、隔离技术 3 3、浮地技术、浮地技术 4 4、浮动电容切换、浮动电容切换NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术51(一一)隔离技术隔离技术隔离目的：隔离目的：1 1）把干扰源和易被干扰的部分隔离开来，使测把干扰源和易被干扰的部分隔离开来，使测控装置与现场间仅保持信号联系，控装置与现场间仅保持信号联系，无无电气联系；电气联系；2 2）实质是实质是把引进的干扰通道切断把引进的干扰通道切断，达到隔离现
38、，达到隔离现场干扰的目的；场干扰的目的；3 3）工业测控系统中，既包括弱电控制，又包括工业测控系统中，既包括弱电控制，又包括强电控制。为使两者间既保持控制信号联系，又要强电控制。为使两者间既保持控制信号联系，又要隔绝电气方面的联系，既实行弱电和强电隔离。隔绝电气方面的联系，既实行弱电和强电隔离。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术52常用的隔离方法常用的隔离方法 1 1）变压器隔离变压器隔离 2 2）纵向扼流圈隔离纵向扼流圈隔离 3 3）光电隔离光电隔离 4 4）继电器隔离继电器隔离NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术531 1、变压器隔离、变压器隔离 电路如图
39、：电路如图：隔离特点：隔离特点：1 1）变压器次级输出电压只与初级绕组两输入端变压器次级输出电压只与初级绕组两输入端电位差成正比，对差模信号电位差成正比，对差模信号畅通畅通，隔断共模信号隔断共模信号；2 2）变压器隔离适用变压器隔离适用50Hz50Hz以上的信号，低频特别以上的信号，低频特别是超低频时非常不合适是超低频时非常不合适。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术54 3 3）传输低频信号传输低频信号时时，要有很大电感和体积，初，要有很大电感和体积，初次级间圈数很多，次级间圈数很多，产生较大的寄生电容产生较大的寄生电容，共模信号共模信号通过变压器初次间的寄生电容在负载上形成
40、干扰通过变压器初次间的寄生电容在负载上形成干扰；4 4）初次级绕组间要设置静电屏蔽层且接地，可初次级绕组间要设置静电屏蔽层且接地，可减少初次级寄生电容，达到抑制高频干扰的目的；减少初次级寄生电容，达到抑制高频干扰的目的；NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术55 变压器隔离的适用场合变压器隔离的适用场合 1 1）信号频率很低；信号频率很低；2 2）共模电压很高；共模电压很高；3 3）共模漏电流要求很小。共模漏电流要求很小。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术562 2、光电耦合隔离、光电耦合隔离 1 1）光电耦合器内光电耦合器内电电-光光-电电转换在完全密封条件转
41、换在完全密封条件下进行，不受外界光的影响；下进行，不受外界光的影响；2 2）信号传递由光传递，两个电路间没有电气连信号传递由光传递，两个电路间没有电气连接，故两电路间地电位差就再不会形成干扰。接，故两电路间地电位差就再不会形成干扰。3 3）输入阻抗很低输入阻抗很低(100-1000(100-1000欧欧)，而干扰源的内，而干扰源的内阻很高，通常为阻很高，通常为10105 5-10-106 6欧。由分压原理，能欧。由分压原理，能馈送到馈送到光电耦合器输入端的噪声很小光电耦合器输入端的噪声很小；NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术57 4 4）干扰电压较大干扰电压较大时时，由于能量
42、很小，只形成微，由于能量很小，只形成微弱电流。发光二极管只有通过一定强度电流才能发弱电流。发光二极管只有通过一定强度电流才能发光，光电晶体管也只在一定光强下才能工作，电压光，光电晶体管也只在一定光强下才能工作，电压幅值很高的干扰，没有足够能量而不能使二极管发幅值很高的干扰，没有足够能量而不能使二极管发光，从而被抑制；光，从而被抑制；5 5）输入端与输出端间的输入端与输出端间的寄生电容极小寄生电容极小，绝缘电绝缘电阻很大阻很大，光耦合器一边的各种干扰噪声很难通过光，光耦合器一边的各种干扰噪声很难通过光耦合器馈送到另一边；耦合器馈送到另一边；6 6）线性范围较小，主要用于传送数字信号线性范围较小，
43、主要用于传送数字信号。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术58 光耦电路的接线光耦电路的接线 1 1）R Ri i为限流电阻，为限流电阻，D D为反为反向保护二极管；向保护二极管；2 2）V Vi i值与值与TTLTTL逻辑电平并逻辑电平并不要求一致不要求一致，经，经R Ri i限限流后符合流后符合发光二极管要求即可。发光二极管要求即可。R RL L是光敏三极管负载电阻；是光敏三极管负载电阻；3 3）光敏三极管导通，光敏三极管导通，V V0 0为低电平，反之高电平为低电平，反之高电平 4 4）电路中参数的选择；电路中参数的选择；5 5）光耦输入和输出部分必须分别采用独立的电光耦
44、输入和输出部分必须分别采用独立的电源源，如果两端共用一个电源，则没有隔离作用。，如果两端共用一个电源，则没有隔离作用。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术593 3、继电器隔离、继电器隔离继电器隔离的特点：继电器隔离的特点：1 1）继电器的线圈和触点继电器的线圈和触点之间没有电气上的联系；之间没有电气上的联系；2 2）利用继电器的线圈接利用继电器的线圈接收电气信号，利用触点发送收电气信号，利用触点发送和输出信号，从而和输出信号，从而避免强电避免强电和弱电信号之间的直接接触和弱电信号之间的直接接触，实现抗干扰隔离。实现抗干扰隔离。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技
45、术60五、差模干扰的抑制五、差模干扰的抑制差模噪声的干扰形式：差模噪声的干扰形式：与被测信号叠加在一起，表现为：与被测信号叠加在一起，表现为：电压的串联电压的串联或或电流的并联。电流的并联。差模噪声的来源：差模噪声的来源：1 1）信号源产生；信号源产生；2 2）引线感应耦合。引线感应耦合。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术61差模干扰的抑制：差模干扰的抑制：1 1）从噪声源采取措施：切断噪声耦合途径从噪声源采取措施：切断噪声耦合途径(将将引线屏蔽引线屏蔽等等)；2 2）利用干扰与信号的差别来把干扰消除掉或利用干扰与信号的差别来把干扰消除掉或减到最小。减到最小。NUST自动化学
46、院自动化学院微机测控技术微机测控技术62差模干扰常用抑制方法差模干扰常用抑制方法 1 1、频率滤波法、频率滤波法 2 2、积分法、积分法 3 3、电平鉴别法、电平鉴别法 4 4、脉宽鉴别法、脉宽鉴别法NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术63(一一)频率滤波法频率滤波法 原理：原理：利用差模干扰与信号利用差模干扰与信号频率差异频率差异进行频率滤波。进行频率滤波。具体实现：具体实现：1 1、高通滤波器滤除比信号频率低的差模干扰；、高通滤波器滤除比信号频率低的差模干扰；2 2、低通滤波器滤除比信号频率高的差模干扰；、低通滤波器滤除比信号频率高的差模干扰；3 3、50 Hz50 Hz陷
47、波器滤除工频干扰。陷波器滤除工频干扰。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术64(二二)积分法积分法适用范围：适用范围：双积分式双积分式A A/D D可有效削弱周期性差模干扰。可有效削弱周期性差模干扰。双积分式双积分式A A/D D的特点：的特点：1 1）对被测电压定时积分；对被测电压定时积分；2 2）对基准电压定压积分，至输出为对基准电压定压积分，至输出为0 0。抗干扰特点：抗干扰特点：1 1）选定时积分时间为干扰噪声周期的整数倍；选定时积分时间为干扰噪声周期的整数倍；2 2）抑制工频干扰时，双积分抑制工频干扰时，双积分A A/D D定时积分时间定时积分时间 T Tk k 20
48、 ms 20 ms NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术65(三三)电平鉴别法电平鉴别法电平鉴别的前提：电平鉴别的前提：1 1）信号和噪声在信号和噪声在幅值幅值上有较大的差别；上有较大的差别；2 2）信号幅值较大，噪声幅值较小。信号幅值较大，噪声幅值较小。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术66采用脉冲隔离门抑制干扰采用脉冲隔离门抑制干扰原理：原理：1 1）利用硅二极管的正向压降对幅值小的干扰利用硅二极管的正向压降对幅值小的干扰脉冲加以阻挡；脉冲加以阻挡；2 2）让幅值大的信号脉冲顺利通过。让幅值大的信号脉冲顺利通过。如图：如图：注：注：电路中的二极管最好选用开
49、关管。电路中的二极管最好选用开关管。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术67六、供电系统抗干扰六、供电系统抗干扰 1 1、供电系统中窜入的干扰供电系统中窜入的干扰来源来源 2 2、供电系统抗干扰措施、供电系统抗干扰措施NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术68(一一)、供电系统窜入的干扰、供电系统窜入的干扰供电系统窜入的干扰类型：供电系统窜入的干扰类型：1 1、大功率感性负载大功率感性负载切换时，电网中产生强大的切换时，电网中产生强大的反电动势，该瞬态高压反电动势，该瞬态高压(幅值达幅值达2kV2kV，频率从几百频率从几百HzHz到到2MHz2MHz)可引起电源波
50、形的严重畸变；可引起电源波形的严重畸变；电网中瞬态高压对系统产生干扰的主要途径：电网中瞬态高压对系统产生干扰的主要途径：由电源进线，经由电源变压器的初次级绕组间的由电源进线，经由电源变压器的初次级绕组间的杂散电容杂散电容进入系统电路，再从系统接地点入地返回进入系统电路，再从系统接地点入地返回干扰源。干扰源。NUST自动化学院自动化学院微机测控技术微机测控技术69 2 2、整流方式供电时，滤波不良会产生低频纹波、整流方式供电时，滤波不良会产生低频纹波干扰噪声；干扰噪声；3 3、直流、直流/直流变换器或开关稳压电源供电时时，直流变换器或开关稳压电源供电时时，出现高频开关噪声干扰；出现高频开关噪声干
